Olomuodot ja kaasut.pptx
AINEEN OLOMUODOT, KAASUT Tunnin sisältö 1. Olomuodot • Olomuotojen esittely • Olomuotoihin vaikuttavat tekijät • Höyrynpaine ja kiehuminen • Esimerkki Olomuodot • Kuumimmasta viileimpään: • PLASMA (elektronit + ionit) • KAASU • NESTE • KIINTEÄ Olomuotoon vaikuttavat tekijät: molekyylien väliset sidokset • Mitä voimakkaampia aineen molekyylien väliset sidokset ovat, sitä tiukemmin molekyylit pysyvät kiinni toisissaan • Vrt. esim. vesi H2O ja metaani CH4 • Vetysidokset tai muut heikot vuorovaikutukset • Suuret molekyylit • Massan vaikutus Olomuotoon vaikuttavat tekijät: lämpötila • Lämpöenergia on atomien ja molekyylien kineettistä energiaa (pyörimis- ja värähtelyenergiaa). • Liiketilojen muuttuessa tapahtuu infrapunasäteilyn emittoitumista ja absorboitumista. • Mitä suurempi lämpötila, sitä suurempi liikeenergia aineen osasilla on. • Muutokset lämpötilassa aiheuttavat muutoksia olomuodossa • Kullakin aineella on sille ominaiset sulamislämpötilat kiehumispisteet, sekä muut höyrystymisominaisuudet. • Kiinteä + Energiaa à neste • Neste + Energiaa à kaasu • Sama toisinpäin: Kaasu - energia à neste jne. Olomuotoon vaikuttavat tekijät: Paine • Kovassa paineessa sulamis- ja kiehumislämpötilat kasvavat. Miksi? à Nestemäiset ja kiinteät olomuodot vallitsevia. – Esim. nestekaasu • Poikkeuskin on! Vesi laajenee jähmettyessään kiinteään olomuotoonsa à Erittäin korkeassa paineessa veden sulamispiste alenee, koska se ei pääse laajenemaan. Esimerkki • Olet mount everestin huipulla. Ulkoinen ilmanpaine on 0,33 atm. Kuumennat vettä 72 C lämpötilaan. Kyseisessä lämpötilassa kylläisen vesihöyryn paine on 0,34 atm • Kiehuuko vesi? Haihtuminen vs. kiehuminen • Eri tapoja höyrystyä kaasuksi! • Haihtuminen: osa molekyyleistä saavuttaa aina niin suuren liikeenergian molekyylejä irtoaa nesteen pinnalta (lämpötila kuvaa keskimääräistä liikeenergiaa) Kiehuminen • Kiehumisessa höyrystyminen ei rajoitu nesteen pinnalle, vaan lämpötila on kasvanut niin suureksi, että höyrynpaine ylittää nestettä ympäröivän kaasun paineen. • Kaasukuplia muodostuu myös nesteen sisälle • HUOM! Vesihöyry on näkymätöntä kaasua. Arkikielen ”höyry” on oikeasti sumua. Esimerkki • Olet mount everestin huipulla. Ulkoinen ilmanpaine on 0,33 atm. Kuumennat vettä 72 C lämpötilaan. Kyseisessä lämpötilassa kylläisen vesihöyryn paine on 0,34 atm • Kiehuuko vesi? Kyllä. Tunnin sisältö 2. Kaasut: • Yleinen kaasun tilanyhtälö • Tilanyhtälön muunnokset • Standardiolosuhteet • Laskuesimerkkejä KAASUT Yleinen kaasun tilanyhtälö • Tietty ainemäärä kaasua tietyssä tilavuudessa (konsentraatiossa) aiheuttaa aina saman paineen, kaasusta riippumatta. • Pätee ideaalikaasuille, mutta yleensä voimme tehdä oletuksen kaasun ideaalisuudesta, ellei toisin mainita. • Tämä oletus on laskettaessa kuitenkin mainittava. • Usein tehtävänannossa! Ideaalikaasu • Kaasumaisen olomuodon teoreettinen malli, jossa oletetaan että kaasumolekyyleillä ei ole tilavuutta ja että ne vuorovaikuttavat keskenään vain elastisilla törmäyksillä. pV=nRT • p= kaasun paine (Pa) • V= Kaasun tilavuus (m3) • T= Lämpötila kelvineinä (K) • R= Moolinen kaasuvakio 8,31 J / (mol x K) tai 0,083145 (bar x dm3) / (mol x K) • n= Kaasun ainemäärä (mol) Tarkasteltaessa ideaalikaasun samaa ainemäärää pätee pV p1V1 p 2 V2 → = = vakio • pV=nRT à nR = T T1 T2 • Isoterminen: p1V1 = p2V2 (Boylen laki) • Isokoorinen: p1 p2 = T1 T2 (Gay-Lussacin laki) • Isobaarinen: V1 V2 = T1 T2 (Charlesin laki) Standardiolosuhteet NTP • Normal Temperature and Pressure • p = atm = 101,3 kPa = 1,013 bar • T= 273,15 K (= 0°C) • Näissä vakio-olosuhteissa voidaan johtaa vakio Vm (= 22,41 dm3/mol), jota kutsutaan standardimoolitilavuudeksi. • n= V/Vm, jonka avulla voidaan laskea helposti NTP-olosuihteissa olevian kaasujen ainemääriä. VNTP n= Vm ρ NTP = M Vm Tehtävä 1 Elastinen pussi jonka tilavuuskapasiteetti on 40l, on täytetty ulkona puolilleen ideaalikaasulla. Pussi suljetaan tiiviisti ja tuodaan ulkoa (T= 0 °C) sisälle (T= 30 °C). Kuinka monta litraa pussin sisällä on nyt kaasua? Jos pussi tulee kaasun laajentuessa täyteen, mikä on paine pussin sisällä? Tehtävä 2 Tilavuudeltaan 0,50 l oleva astia painaa 96,60g, kun se on täytetty argonilla ja olosuhteet ovat NTP. Argonin tiheys näissä olosuhteissa on 1,78 kg/m3. Astia imetään tyhjäksi ja täytetään tuntemattomalla alkuainekaasulla siten että paine astian sisällä on 105,9 kPa ja lämpötila on 303 K. Täytön jälkeen astia painaa 96,38g. Oletetaan että tuntematon kaasu käyttäytyy ideaalikaasun tavoin. Millä aineella astia täytettiin?
© Copyright 2025